污染沉積物原位和異位修復方法概述

李國新

摘 要：沉積物修復是治理水體污染的關鍵之一，目前沉積物的修復方法按修復地點可以分為原位和異位修復。該文從原位和異位的角度概述了目前污染沉積物的主要治理方法，分析了其技術優點和缺陷，以期給相關環保工作者提供參考意見。

關鍵詞：污染沉積物;原位修復;異位修復;河流治理

中圖分類號 X5文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）19-0114-03

Overview of in-situ and Ectopic Remediation Methods for Contaminated Sediments

Li Guoxin

Abstract：Sediment remediation is one of the keys to control water pollution. At present，sediment restoration methods can be divided into in-situ and ectopic restoration according to restoration sites. This paper summarizes the main treatment methods of contaminated sediments from the perspective of in-situ and ectopic，and analyzes its technical advantages and disadvantages，hoping to provide reference for relevant environmental protection workers.

Key words：Polluted sediments;In situ repair;Ectopic repair;River regulation

重金屬可以通過污水排入、地表水入侵、雨水沖刷等作用進入到水體中，進而累積在沉積物中，對水生生態系統產生重金屬毒性效應和食物鏈累積、放大效應[1]。在工業分布密集的長江流域，重金屬是沉積物中最主要的污染物，王嵐等人對長江干流表層沉積物中重金屬含量進行了測定與評價，結果表明Cd平均含量達到2.46mg/kg，遠遠高于長江流域沉積物背景值0.45mg/kg，Cd的潛在生態風險性指數平均值164，具有極強生態風險[2]。水體富營養化問題也是目前面臨的主要地表水環境問題。生態環境部公布的2019年5月地表水環境質量報告，總磷仍然是我國主要湖庫的主要污染物、江河的第2污染物。沉積物作為營養鹽的內源污染源，對上覆水中的總磷貢獻足以維持和加速富營養化[3]。

沉積物不僅是水體生態系統的重要組成部分，也是天然的物質貯藏庫。隨著社會經濟的快速發展，地表水環境污染問題日益突出，進入水體中的污染物，可以通過擴散、被吸附等作用累積在沉積物當中。而另一方面，沉積物也可以作為內源污染源，向上覆水中釋放污染物，干擾水質修復，甚至加速水體污染[4]。目前，沉積物作為“源”的作用已經被人們重點關注，污染水體沉積物的修復工作也在迅速發展。沉積物的修復方法可以分為原位和異位法，本文從這個角度概述目前污染沉積物的修復機理和應用技術，以期給相關工作提供參考。

1 原位修復技術

沉積物的原位修復技術是指不移動污染沉積物，直接在發生污染的位置進行污染治理的方法措施。目前應用較多的原位修復技術主要有原位覆蓋、化學鈍化、原位生物修復、原位曝氣等方法。

1.1 原位覆蓋 原位覆蓋技術是指在污染沉積物上覆蓋1種或者多種材料，形成物理阻隔來減少沉積物與上覆水的接觸，進而阻礙污染物從沉積物中釋放的治理方法。早在上個世紀70年代，原位覆蓋技術就開始應用于污染沉積物的治理，其抑制污染物遷移的主要機理有：（1）在沉積物-上覆水之間形成了物理阻隔，能有效阻隔污染物向上覆水中釋放;（2）覆蓋材料對污染物具有一定的吸附能力，吸附在材料上的污染物，遷移轉化效率降低，同時可以得到降解;（3）覆蓋材料中含有穩定污染物的化學成分，如磷污染沉積物添加富含鐵離子的紅土作為覆蓋材料，Fe3+能有效結合游離的磷酸根而形成沉淀，使游離的磷酸根穩定化。目前，原位修復技術已經得到廣泛的應用，日本的Akanoi海灣、華盛頓Denny海灣、哈密爾頓海港已經采用大規模的沉積物原位覆蓋工程，對營養鹽、有機污染物、重金屬具有較好的控制效果，使用較多的覆蓋材料主要有沙土、土工織物、沸石等[5]。原位覆蓋技術具有控制污染物種類多、操作簡便、處理成本較低、控制效果好等優點，但是存在對原有底棲生態系統干擾較大、污染物并未根本去除等問題。

1.2 化學鈍化 化學鈍化是指向沉積物中添加化學藥劑來將污染物轉化為沉淀、無毒害的形態，或者提高原有環境中的氧化還原電位，通過促進氧化反應的發生使得污染物氧化分解的一種治理方法。原位化學鈍化法于上個世紀80年代開始研究并應用，在污染物磷和重金屬的治理方面起到良好的效果。以污染物磷為例，目前最為常用的化學鈍化劑有鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽、硝酸鹽，其主要機理是鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽容易和磷結合形成沉淀而使磷酸根遷移轉化能力下降，硝酸根能提高沉積物的氧化還原電位，抑制Fe3+轉化為Fe2+，進而抑制鐵、磷的釋放[6]。West Twin Lake、White Lake等湖泊已經采用鋁鹽作為沉積物中磷的鈍化劑，長期實驗記錄表明對沉積物中磷的鈍化作用可以維持5～12年之久[7]。鈍化劑的使用量難以確定，容易造成二次污染是化學鈍化技術發展的主要限值因素，但因其反應迅速，一般作為污染應急處理。

1.3 原位生物修復 原位生物修復的主要機理是微生物、植物對污染物較強的氧化代謝、吸收、富集作用，進而達到污染物凈化的目的。一般是在污染沉積物上種植能夠過量吸收某種污染物的沉水植物或者挺水植物。如利用苦草對磷具有較強的吸收作用、菹草對重金屬Zn的強富集性。此外，由于部分微生物能夠耐受重污染物、代謝污染物的較高活性特點，微生物在沉積物修復中的作用也被重視。一般方法為強化土著微生物的凈化效果、添加能夠分解特種污染物的微生物種群[8]。由于植物根系能給微生物提供良好的生存環境，故植物-微生物聯合修復技術也得到了很好的應用。原位生物修復技術不僅對污染物具有較好的凈化效果，而且生長的植物在一定程度上還具有景觀和經濟價值。相比于其他修復方法，生物修復技術是最為經濟、環保的一種，但是生物生長較為緩慢，生物修復具有修復速率慢的缺點[9]。

1.4 原位曝氣 黑臭水體是目前城市中主要的水環境問題，其發生的主要原因是大量有機污染物的涌入，使得水體中溶解氧消耗殆盡，導致相關底質中還原反應發生，生成H2S、NH4等臭氣以及FeS、MnS等黑色沉淀[10]。而在沉積物上設置原位曝氣裝置，對水體進行人工強化復氧，可以使有機污染物迅速徹底降解，同時在一定程度上也抑制了沉積物中其他污染物。原位曝氣法是一種環保、高效處理有機污染物的方法，但處理成本較高。

2 異位修復

異位修復法是指采用一定的方法手段將沉積物從原有的位置轉移出來后再采取相關的修復措施。異位修復技術主要包括底泥疏浚、異位淋洗和玻璃化等。

2.1 疏浚 疏浚是指采用機械的方法清除河流中淤積的污染底泥，目前該技術已經被廣泛采用。尤其在我國較為嚴重的富營養化湖泊和河流的治理中，清淤工作已經是修復方案中重要步驟?！笆濉逼陂g，中國環境科學研究院依托太湖“863”項目開展了底泥精確薄層疏浚技術、細顆粒防擴散技術與堆場二次污染防治技術的研究，并建立了污染底泥生態疏浚示范工程。生態疏浚技術在我國也已逐漸成熟，并已取得良好工程實踐效果。疏浚能夠永久消除污染沉積物對上覆水水質的影響，但耗費高，底泥的二次修復也增加的處理成本，且疏浚過程中會導致大面積的沉積物再懸浮，這一過程也促使污染物的二次釋放[11]。

2.2 異位淋洗及玻璃化 異位淋洗是指將污染沉積物從河底轉移，然后加入淋洗劑，使得污染物從沉積物中分離到淋洗劑，從而達到凈化沉積物的目的。沉積物的異位淋洗技術主要去除重金屬，是從土壤淋洗技術發展而來，目前在國外應用較多，國內由于環境條件不適、沉積物淋洗成本高、設備技術不完善等原因暫時沒有得到應用[12]。玻璃化是指對沉積物進行高溫處理，其中有機以及部分無機污染物受熱揮發而去除的過程。玻璃化極易產生二次污染，目前應用較少。

3 結語

隨著地表水體修復技術大力發展，沉積物作為內源污染源的治理工作已經被重視。沉積物原位修復技術相比于異位具有3個主要優點：（1）技術簡單、處理成本低，可以進行大規模工程化處理;（2）減少了沉積物再懸浮而釋放污染物的可能性;（3）降低了污染物的遷移轉化能力，對污染物具有穩定化的效果。但是目前化學鈍化、原位覆蓋等原位修復技術對底棲生物的影響暫未探明，而且原位修復技術從根本上也未消除污染物。異位修復法雖然能夠較為徹底地消除沉積物對上覆水水質的影響，但是存在操作技術難度高、成本高、對底棲生態系統產生毀滅性的破壞等缺陷。因此，原位修復技術如何能夠高效控制污染物并且加強污染物的自然降解過程，異位修復技術如何高效、環保、經濟地進行，值得相關研究者、工作者深入探討。

參考文獻

[1]方明，吳友軍，劉紅，等.長江口沉積物重金屬的分布、來源及潛在生態風險評價[J].環境科學學報，2013，33（02）：563-569.

[2]王嵐，王亞平，許春雪，等.長江水系表層沉積物重金屬污染特征及生態風險性評價[J].環境科學，2012，33（08）：2599-2606.

[3]李慧，周易勇，余能智.錦江河沉積物磷形態與吸附行為及磷釋放風險[J].水生態學雜志，2017，38（04）：27-35.

[4]李乾松，王慶國.黑臭水體底泥原位治理技術研究[J].人民長江，2018，49（S2）：43-46.

[5]亢增軍，袁林江，孔海霞.3種覆蓋材料對底泥磷釋放的抑制及影響因素研究[J].安全與環境學報，2014，14（03）：202-205.

[6]楊永瓊，陳敬安，王敬富，等.沉積物磷原位鈍化技術研究進展[J].地球科學進展，2013，28（06）：674-684.

[7]夏蕾.功能土原位覆蓋抑制黑臭水體底泥磷釋放[D].成都：成都理工大學，2017.

[8]孟范平，劉宇，王震宇.海水污染植物修復的研究與應用[J].海洋環境科學，2009，28（05）：588-593.

[9]劉大海，李彥平，李鐵剛，等.海洋沉積物修復技術進展及發展方向初探[J].環境科學與技術，2017，40（S1）：150-156.

[10]徐敏，姚瑞華，宋玲玲，等.我國城市水體黑臭治理的基本思路研究[J].中國環境管理，2015，7（02）：74-78.

[11]Perelo L W. 2010. Review： In situ and bioremediation of organic pollutants in aquatic sediments[J]. Journal of Hazardous Materials，177（1-3），81-89.

[12]張文，徐峰，楊勇，等.重金屬污染土壤異位淋洗技術工藝分析及設計建議[J].環境工程，2016，34（12）：177-182+187.

（責編：王慧晴）